Question

合成气（CO和H₂）是重要的化工原料，在工业生产中有着广泛的应用．
（1）工业上用甲烷和水蒸气在高温条件下发生反应制备合成气（CO和H₂），4g甲烷完全反应吸收51.5KJ热量，写该反应的热化学方程式

 

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（2）工业上常用合成气来冶炼金属，其中CO还原氧化铁来冶炼生铁方程式如下：
3CO（g）+Fe₂O₃（s）?3CO₂（g）+2Fe（s）△H＜0
①如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达到平衡时，

 

．
A．容器中Fe₂O₃的质量不随时间而变化           B．反应物不再转化为生成物
C．n（CO）：n（CO₂）=1：1                  D．容器中气体的压强不随时间而变化
②在一个容积为4L的密闭容器中，1000℃时加入4mol CO（g）和足量Fe₂O₃（s），反应2分钟后达到平衡，测得此时容器内气体的密度为40g/L，求该时间范围内反应的平均反应速率υ（CO₂）=

 

、CO的平衡转化率=

 

、该反应的化学平衡常数K=

 

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Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据题干条件计算4g甲烷物质的量，完全反应吸收51.5KJ热量，结合反应产物写出热化学方程式，注意物质的聚集状态和对应物质的量下的反应焓变计算；
（2）①依据化学平衡的标志分析判断，实质是正逆反应速率相等；
②依据化学平衡的三段式列式计算；反应速率的概念、转化率概念、化学平衡常数概念，的计算应用；

解答： 解：（1）4g甲烷完全反应吸收51.5KJ热量，16g甲烷和水反应吸收热量为206KJ；反应的热化学方程式为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol；
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol；
（3）3CO（g）+Fe₂O₃（s）═3CO₂（g）+2Fe（s）△H＜0
①如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达到平衡时：
A、容器中Fe₂O₃的质量不随时间而变化，说明反应达到平衡，故A符合；
B、平衡时，正逆反应都进行只是正反应速率和逆反应速率相同，故B不符合；
C、一氧化碳和二氧化碳的物质的量之比和起始量有关，n （CO）：n （CO₂）不一定为1：1，故C不符合；
D、反应是气体体积不变的反应，平衡时容器中气体的压强不随时间而变化，故D符合；
故答案为：AD；
②在一个容积为4L的密闭容器中，1000℃时加入4mol CO（g）和足量Fe₂O₃（s），反应2分钟后达到平衡，测得此时容器内气体的密度为40g/L，设反应的一氧化碳物质的量为x：
                  3CO（g）+Fe₂O₃（s）═3CO₂（g）+2Fe（s）
起始量（mol）     4                     0
变化量（mol）     x                     x
平衡量（mol）    4-x                    x
容器内气体的密度为40g/L：

(4-x)×28g/mol+x×44g/mol

4

=40g/L计算得到x=3mol；
该时间范围内反应的平均反应速率υ（CO₂）=

3mol 4L

2min

=0.375mol/L；
CO的平衡转化率=

3mol

4mol

×100%=75%
该反应的化学平衡常数K=

c3(CO2)

c3(CO)

=

( 3 4 )3

( 1 4 )3

=27；
故答案为：0.375mol/L；75%； 27．

点评：本题考查了热化学方程式的书写，化学平衡的特征分析，化学平衡的三段式计算，反应速率，转化率，化学平衡常数的概念应用，题目难度中等．